球團(tuán)工藝活性焦脫硫脫硝系統(tǒng)運行問題分析

楊 柳，王 飛，毛 瑞

(1江蘇沙鋼集團(tuán)有限公司；2江蘇省（沙鋼）鋼鐵研究院環(huán)保資源研究室，江蘇張家港 215625）

引言

活性焦脫硫脫硝工藝是目前工業(yè)化應(yīng)用效果較成熟的煙氣治理工藝，能夠滿足當(dāng)前煙氣超低排放的治理要求［1-3］。沙鋼球團(tuán)車間2 號球團(tuán)生產(chǎn)線為鏈篦機—回轉(zhuǎn)窯工藝，采用活性焦脫硫脫硝系統(tǒng)。該系統(tǒng)于2019 年投入生產(chǎn)運行，經(jīng)過調(diào)試運行，保證了球團(tuán)工藝的煙氣達(dá)到超低排放標(biāo)準(zhǔn)，運行效果較好。在調(diào)試過程中也出現(xiàn)了一些問題，主要表現(xiàn)在：（1）凈化塔的垂直大煙道出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象；（2）凈化塔內(nèi)出現(xiàn)粘結(jié)物，特別是在噴氨區(qū)域，粘結(jié)物堵塞了部分煙氣通道，降低了系統(tǒng)的運行效率。針對出現(xiàn)的問題進(jìn)行了現(xiàn)場調(diào)研和取樣分析，以期找到問題原因，為整改措施提供方案。

1 垂直大煙道的腐蝕

鏈篦機—回轉(zhuǎn)窯工藝煙氣從鏈篦機抽干段和預(yù)熱I 段的風(fēng)箱經(jīng)由主引風(fēng)機抽出，再經(jīng)過除塵系統(tǒng)，由垂直大煙道鼓入凈化塔進(jìn)行脫硫脫硝?；钚越姑摿蛎撓跸到y(tǒng)自運行以來，根據(jù)工藝要求，當(dāng)煙氣溫度大于130 ℃時，垂直大煙道內(nèi)置的噴淋裝置會對煙氣進(jìn)行降溫。垂直大煙道在安裝噴淋裝置的下部區(qū)域出現(xiàn)了一定的腐蝕。對垂直大煙道下部收集的噴淋廢液進(jìn)行過濾，廢液呈透明的藍(lán)綠色。對廢液進(jìn)行化學(xué)分析，結(jié)果如表1所示。

表1 噴淋廢液的化學(xué)分析結(jié)果

經(jīng)過分析可知，噴淋廢液中含有1.24%的氯元素，并含有部分亞鐵離子，且廢液pH 值2～3，呈酸性。噴淋裝置采用工業(yè)水對煙氣進(jìn)行噴淋降溫，且垂直大煙道采用不銹鋼材質(zhì)，所以大煙道的腐蝕應(yīng)是煙氣中的腐蝕物溶于噴淋水導(dǎo)致的。對垂直大煙道下部腐蝕嚴(yán)重的區(qū)域形成的腐蝕物進(jìn)行化學(xué)成分分析，結(jié)果如表2所示。從結(jié)果可知，腐蝕粘結(jié)物中含有較高的鉻、鎳元素，遠(yuǎn)高于粉塵中的鉻、鎳元素的含量，說明不銹鋼材質(zhì)的管壁被嚴(yán)重腐蝕。腐蝕物中還含有較高的氯、氟元素?；诖送茰y，煙氣中的含有氟化氫、氯化氫等溶于噴淋水形成的酸性溶液導(dǎo)致垂直大煙道的管壁腐蝕。

表2 垂直大煙道腐蝕粘結(jié)物的化學(xué)成分 %

2 凈化塔內(nèi)的粘結(jié)物分析

凈化塔內(nèi)噴氨區(qū)域的粘結(jié)現(xiàn)象較明顯，如圖1所示。

圖1 噴氨區(qū)的粘結(jié)現(xiàn)象

粘結(jié)物堵塞了噴氨區(qū)與活性焦區(qū)域的連接通道，活性焦的下降管道也出現(xiàn)了粘結(jié)物。對噴氨區(qū)的粘結(jié)物取樣進(jìn)行化學(xué)分析和物相檢測，結(jié)果分別如表3和圖2所示。

圖2 噴氨區(qū)粘結(jié)物的物相檢測結(jié)果

表3 噴氨區(qū)粘結(jié)物的化學(xué)分析結(jié)果 %

綜合分析，粘結(jié)物的主要成分為氯化銨，其中氯含量高達(dá)66.92%。煙氣中可能含有大量的氯化氫氣體，遷移至凈化塔的噴氨區(qū)域與氨氣反應(yīng)形成了氯化銨，氯化銨的升華溫度為350 ℃，凈化塔噴氨區(qū)的溫度為120 ℃左右，在此溫度下生成的氯化銨結(jié)晶，粘附在凈化塔壁面上造成堵塞。

3 煙氣中氯的來源分析

球團(tuán)礦粉中含有一定量的氯元素，沙鋼球團(tuán)精粉和輔料中的氯含量如表4所示。

表4 球團(tuán)精粉和輔料中的氯含量 %

對其中的秘魯精粉和澳洲精粉進(jìn)行水洗試驗，對水洗后的溶液進(jìn)行蒸發(fā)結(jié)晶，對結(jié)晶物進(jìn)行X 射線衍射分析，結(jié)果如圖3 和圖4 所示。從結(jié)果可知，球精粉中的氯化物主要是氯化鈉和氯化鎂等鹽類。

圖3 秘魯精粉水洗結(jié)晶物的物相組成

球精粉經(jīng)造球后進(jìn)入鏈篦機回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)，在高溫下會進(jìn)行一系列的物理化學(xué)變化。經(jīng)過熱力學(xué)分析與計算，在表5 列舉了生球中氯化物在鏈篦機回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)中可能發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)［4］。

圖4 澳洲精粉水洗結(jié)晶物的物相組成

表5 礦粉中氯化物在鏈篦機回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)中可能發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)

從表5 中所列的化學(xué)反應(yīng)可知，礦粉中的氯化物在鏈篦機回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)內(nèi)會發(fā)生反應(yīng)生成氯化氫氣體。在各反應(yīng)中水蒸氣均是必要的反應(yīng)物，水蒸氣主要由生球經(jīng)鏈篦機帶入系統(tǒng)。其中反應(yīng)（1）～（3），礦粉中氯化物與水蒸氣和礦粉中氧化硅在溫度超過一定值時即可以發(fā)生反應(yīng)生成氯化氫氣體；反應(yīng)（4）～（12）則是在低于某一溫度值時反應(yīng)便會發(fā)生，礦粉中的氯化物需要與水蒸氣和二氧化硫或二氧化氮或二氧化碳反應(yīng)生成氯化氫氣體，但所需的二氧化硫或二氧化氮或二氧化碳是在回轉(zhuǎn)窯的高溫段生成的。

圖5 是鏈篦機內(nèi)部氣流分布的示意圖，生球首先經(jīng)鼓干段烘干部分水分，然后進(jìn)入抽干段繼續(xù)烘干，在抽干段和預(yù)熱I 段具有生球帶入的水分，同時具有從回轉(zhuǎn)窯和預(yù)熱II 段帶來的二氧化硫、氮氧化物、二氧化碳?xì)怏w，并且抽干段的溫度在250～500 ℃之間，預(yù)熱I段溫度在700～900 ℃之間，結(jié)合上述對表5 中的化學(xué)反應(yīng)的分析，可知在抽干段和預(yù)熱I段具備發(fā)生表5中所示化學(xué)反應(yīng)的條件，能夠產(chǎn)生氯化氫氣體。氯化氫氣體隨煙氣進(jìn)入垂直大煙道，一部分溶于噴淋水中形成酸性溶液，腐蝕了煙道管壁，一部分氯化氫氣體進(jìn)入凈化塔與氨水反應(yīng)生成氯化銨結(jié)晶，粘結(jié)在塔壁上形成堵塞。

圖5 鏈篦機內(nèi)部氣流分布示意圖

根據(jù)對球團(tuán)工藝中氯元素的收入項和支出項的分析計算，得出球團(tuán)工藝的氯元素平衡，如表6所示。從結(jié)果可知，球團(tuán)生產(chǎn)過程中，由各類原輔料帶入的氯元素質(zhì)量為69.53 kg/h，其中約90%進(jìn)入了煙氣系統(tǒng)，給脫硫脫銷系統(tǒng)造成了較大的負(fù)擔(dān)。

表6 球團(tuán)工藝的氯元素平衡計算表

4 防止氯腐蝕的可行措施

上述分析可知，在鏈篦機中形成的氯化氫氣體是造成垂直大煙道腐蝕和凈化塔氯化銨堵塞的根本原因。垂直大煙道需要做防腐改造，如果不進(jìn)行防腐改造，長此以往可能造成垂直大煙道鋼結(jié)構(gòu)強度的破壞，嚴(yán)重的可能出現(xiàn)安全事故。為了降低氯的腐蝕，可采取以下措施。

（1）可嘗試在垂直大煙道的噴淋處采用堿性溶液噴淋降溫，最大程度地吸收煙氣中的氯化氫氣體?，F(xiàn)在的噴淋水為沙鋼工業(yè)水，可采用堿性溶液（比如氨水、氫氧化鈉、碳酸氫鈉溶液等）吸收煙氣中的氯化氫氣體，減少其進(jìn)入凈化塔的量。

（2）對噴淋裝置進(jìn)行技術(shù)改造，提高噴淋霧化水的均勻性和覆蓋范圍，最大程度地吸收煙氣中的氯化氫氣體。

（3）增強鏈篦機的烘干效率。從煙氣中氯化氫氣體的生成機理可知，水蒸氣是氯化氫生成的必要反應(yīng)物，若將生球團(tuán)在鏈篦機鼓干段就盡量烘干，使進(jìn)入鏈篦機抽干段和預(yù)熱I 段的水蒸氣降低，即可降低氯化氫氣體的生成［5］。

（4）限制高氯球團(tuán)原輔料的使用量。通過對球團(tuán)原輔料的氯含量分析，限制對高氯原料的使用比例，從源頭降低進(jìn)入鏈篦機回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)的氯含量。

5 結(jié)語

5.1 活性焦脫硫脫硝系統(tǒng)的大煙道腐蝕為酸腐蝕，凈化塔內(nèi)噴氨區(qū)形成的粘結(jié)物為氯化銨，鏈篦機-回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)內(nèi)生成的氯化氫氣體是導(dǎo)致腐蝕和粘結(jié)物堵塞的根本原因。

5.2 在球團(tuán)鏈篦機-回轉(zhuǎn)窯工藝中，球團(tuán)生球水分在鏈篦機高溫區(qū)發(fā)生一系列 化學(xué)反應(yīng)，能夠生成氯化氫氣體，生球帶入的水分是生成氯化氫氣體的必要反應(yīng)物。

5.3 為了降低腐蝕和粘結(jié)堵塞的問題，可從源頭降低高氯原料的使用比例，同時推對鏈篦機工序進(jìn)行優(yōu)化，使其在低溫區(qū)將生球烘干，從而削弱氯化氫的生產(chǎn)條件，在末端增加防腐和吸收氯化氫氣體的裝置能大幅降低氯化氫對系統(tǒng)的影響。